全 文 ：第 ３５ 卷第 ２４ 期
２０１５年 １２月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．２４
Ｄｅｃ．，２０１５
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家林业局林业公益性行业科研专项（２０１００４０３６）
收稿日期：２０１４⁃０７⁃２５； 　 　 网络出版日期：２０１５⁃０５⁃２１
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｖｉｃｔｏｒｙ６５１５＠ ｓｉｎａ．ｃｏｍ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４０７２５１５０５
赵晓静，张胜利，马国栋．间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应的影响．生态学报，２０１５，３５（２４）：８１５５⁃８１６４．
Ｚｈａｏ Ｘ Ｊ， Ｚｈａｎｇ Ｓ Ｌ， Ｍａ Ｇ Ｄ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｒａｉｎ ｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｃａｎｏｐｉｅｓ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒｓ ｏｆ Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｖａｒ． ａｃｕｔｅｓｅｒｒａｔａ ｉｎ Ｑｉｎｌｉｎｇ
Ｍｏｕｎｔａｉｎ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１５，３５（２４）：８１５５⁃８１６４．
间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应
的影响
赵晓静１，３，张胜利１，２，∗，马国栋１
１ 西北农林科技大学资源环境学院， 杨凌　 ７１２１００
２ 陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站， 杨凌　 ７１２１００
３ 西藏自治区拉萨市曲水县聂当乡人民政府， 拉萨　 ８５００００
摘要：将森林抚育间伐与森林水化学效应结合起来进行研究，探讨小强度间伐对森林水质的影响。 基于固定样地的研究方法，
在秦岭火地塘林区选择天然锐齿栎林，设置抚育间伐强度分别为 ５％、１０％、１５％和 ２０％的样地和对照样地，定期采集大气降雨、
林内雨和枯透水样品，测定其水化学物质浓度，采用对比分析的方法，研究间伐强度对锐齿栎林内雨和枯透水化学效应的影响。
结果表明：间伐样地林内雨和枯透水的 ｐＨ值均低于对照样地，呈弱酸性，在 ５％的间伐强度下，森林冠层和枯落物层对大气降
雨 ｐＨ值的调升作用较显著，随着间伐强度的增加，调升幅度逐渐减小；大气降雨对森林冠层和枯落物层中的 ＳＯ２－４ 、ＮＯ
－
３ 和 ＰＯ３
－
４
均具有淋溶作用，尤其是对照样地林内雨和枯透水中 ＳＯ２－４ 的浓度增幅最显著，ＮＯ
－
３ 次之，ＰＯ３
－
４ 最不显著。 间伐样地，雨水对林
冠层和枯落物层 ＳＯ２－４ 、ＮＯ
－
３ 和 ＰＯ３
－
４ 的淋溶作用均低于对照样地，２０％的间伐强度最有利于净化雨水中的 ＳＯ２
－
４ ，其在林内雨和枯
透水中的含量较对照样地降幅最大，间伐强度为 ５％时，林内雨中 ＮＯ－３、ＮＨ
＋
４ 和 ＰＯ３
－
４ 的含量最低，三者较对照样地的含量分别降
低了 ５６．３％、４６％和 ９．２％，而枯透水中三者的降幅分别为 ６４．６％、４５％和 ６０．８％；在 １０％的间伐强度下，大气降雨对林冠层和枯
落物层中 Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋的淋溶作用最强，３种离子中以 Ｃａ２＋和 Ｍｇ２＋的含量增幅最为显著。 林内雨中 Ｃａ２＋和 Ｍｇ２＋的含量分别较
对照样地增加了 ８９．９％和 １２０％，枯透水中二者较对照样地分别增加了 ７２．４％和 ４０％，Ｋ＋的增幅相对不明显；大气降雨中的
Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋和 Ｃｄ２＋经过森林冠层和枯落物层的阻减，其在林内雨和枯透水中的含量随着间伐强度的增加呈先增大后减小的趋
势，当间伐强度达到 ２０％时，三者含量明显降低。 总体上，２０％的间伐强度最有利于森林冠层及枯落物层对重金属 Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋和
Ｃｄ２＋的截留净化。
关键词：秦岭锐齿栎林；间伐强度；水化学效应
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｒａｉｎ ｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｃａｎｏｐｉｅｓ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒｓ ｏｆ
Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｖａｒ． ａｃｕｔｅｓｅｒｒａｔａ ｉｎ Ｑｉｎｌｉｎｇ Ｍｏｕｎｔａｉｎ
ＺＨＡＯ Ｘｉａｏｊｉｎｇ１， ３， ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅｎｇｌｉ１，２，∗， ＭＡ Ｇｕｏｄｏｎｇ１
１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００，Ｃｈｉｎａ
２ Ｑｉｎｌｉｎｇ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｏｒｅｓｔ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｉｏｎ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｃｈｉｎａ
３ Ｑｕｘｕｒ Ｃｏｕｎｔｙ， ＬｈａＳａ Ｃｉｔｙ， Ｔｉｂｅｔ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ， Ｌｈａｓａ ８５００００， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｆｏｒｅｓｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅｒｅ ｈａｓ
ｂｅｅｎ ｌｉｔｔｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｏｎ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｏｒｅｓｔ
ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｔｏ ｑｕａｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｆｉｖｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆｉｅｌｄ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｐｌｏｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ （０％， ５％， １０％， １５％， ａｎｄ ２０％） ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ａ ｎａｔｕｒａｌ ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍａｎｄｉｉ
ｆｏｒｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｏｄｉｔａｎｇ ｉｎ Ｑｉｎｌｉｎｇ Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ． Ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｔｗｉｃｅ ａ ｍｏｎｔｈ ｆｒｏｍ Ｊｕｎｅ ｔｏ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ｉｎ
２０１２ ａｎｄ ２０１３． Ｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ
ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈ． Ｏｕｒ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｈａｄ ｓｔｒｏｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｗｉｔｈ ｆｏｒｅｓｔ ｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．
Ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｗａｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ａｃｉｄｉｃ， ａｎｄ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ ｃａｎｏｐｙ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｌａｙｅｒ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｒａｉｎｗａｔｅｒ， ｗｈｉｃｈ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ． Ｔｈｅ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ０．４８ ｉｎ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ０．６５ ｉｎ ｌｉｔｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ
ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｔ ｗｉｔｈ ａ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ５％． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＳＯ２－４ ， ＮＯ
－
３， ａｎｄ ＰＯ
３－
４ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｓ ｔｈｅｙ ｐａｓｓｅｄ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ． Ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｌａｙｅｒｓ ｓｈｏｗｅｄ ｓｔｒｏｎｇ ＳＯ２－４ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｔ ｗｉｔｈ ２０％ ｔｈｉｎｎｉｎｇ
ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ． Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｏｆ ＳＯ２－４ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｗｈｅｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＮＯ
－
３ ａｎｄ ＰＯ
３－
４ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌｏｔｓ， ｗｉｔｈ ｆｅｗｅｒ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｔｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ． Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＳＯ２－４
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ４．４２２ ｍｇ ／ Ｌ ｉｎ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ １．５ ｍｇ ／ Ｌ ｉｎ ｌｉｔｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈ， ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ
ｐｌｏｔｓ． Ａ ｓｈａｒｐ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ＮＯ－３， ＮＨ
＋
４， ａｎｄ ＰＯ
３－
４ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ５％ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｐｌｏｔｓ， ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌｏｔ， ｗｉｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｏｆ ５６．３％， ４６％， ａｎｄ ９．２％ ｉｎ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ６４．６％， ４５％， ａｎｄ
６０．８％ ｉｎ ｌｉｔｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｋ＋， Ｃａ２＋， ａｎｄ Ｍｇ２＋ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｔｓ ｗｉｔｈ ａ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ
１０％ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｐｌｏｔｓ． Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃａ２＋ａｎｄ Ｍｇ２＋ ｗｅｒｅ
ａｓ ｈｉｇｈ ａｓ ８９． ９％ ａｎｄ １２０％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｉｎ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ， ｗｈｅｒｅａｓ ｔｈｅ ｒｉｓｉｎｇ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｏｎｌｙ ７２． ４％ ａｎｄ ４０％，
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎ ｌｉｔｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈ． Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ｋ＋ ｗａｓ ｎｏｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ． Ｔｈｅ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ
ｌｉｔｔｌｅ Ｐｂ２＋， Ｚｎ２＋， ａｎｄ Ｃｄ２＋ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｅｓｔ ｌａｙｅｒｓ． Ｔｈｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｗａｓ ａｌｓｏ ｓｔｒｏｎｇｌｙ
ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｅｌｄ ｐｌｏｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｂ２＋，
Ｚｎ２＋， ａｎｄ Ｃｄ２＋ ｗｅｒｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｐｌｏｔｓ． Ｔｈｅ ｐｌｏｔｓ ｗｉｔｈ ２０％ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ａｎｄ ａｂｏｒｔｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｂ２＋， Ｚｎ２＋， ａｎｄ Ｃｄ２＋ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ １０． ６％，
２２．４％， ａｎｄ ３３．５％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌｏｔ ｗｉｔｈ ２０％ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｈａｄ ｔｈｅ
ｓｔｒｏｎｇｅｓｔ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ Ｐｂ２＋， Ｚｎ２＋， ａｎｄ Ｃｄ２＋ ｆｒｏｍ ｒａｉｎｗａｔｅｒ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｖａｒ． ａｃｕｔｅｓｅｒｒａｔａ ｆｏｒｅｓｔ； ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ； ｗａｔｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｉｍｐａｃｔ
水源涵养林具有涵养水源、保持水土、改善水质，为人们提供优质水源的功能［１］。 秦岭南坡中山地带既
是秦巴山区水源涵养林的集中分布区，又是南水北调中线工程取水地⁃丹江口水库的水源地之一，因此，该地
带的森林水质状况备受重视，成为研究热点［２⁃４］。 森林生长状况直接关系到森林水质的好坏，近年来，随着秦
岭周边环境污染的加剧，以及对森林资源的粗放式经营，该地带天然林普遍存在郁闭度过高、生长势弱，生态
功能不高，生态效益不能充分发挥的问题。 抚育间伐作为一种近自然的森林经营措施，对于解决这一问题具
有重要的意义［５］。 目前，林业科学工作者们关于抚育间伐的研究较多，但主要集中在抚育间伐对森林空间结
构优化以及森林更新和植物多样性的影响等方面［６⁃８］，而将抚育间伐与森林水化学效应结合起来研究的却很
少，尤其是在秦岭林区，这一方面的研究几乎是空白。
目前，国外有部分研究认为采伐对森林水化学的影响较大，尤其是在采伐后的 ３—５年间［９⁃１０］。 但也有研
究表明抚育间伐对森林水化学效应的影响，因间伐强度、森林类型和立地条件的不同而异［１１］，间伐强度与森
林养分输出之间不存在线性关系，但可能存在一个间伐强度的阈值，低于这个阈值，养分的流失不显著［１２］。
为进一步探讨间伐强度对森林水化学效应的影响，本文以秦岭火地塘天然锐齿栎林为研究对象，就间伐强度
对森林林冠层和枯落物层水化学效应的影响进行研究，探讨抚育间伐对森林水质的影响，旨在为研究确定适
合秦岭水源涵养林的抚育间伐强度及全面发挥秦岭水源涵养林的生态功能提供参考。
１　 研究区域
火地塘林区（３３°２５′— ３３°２９′Ｎ，１０８°２５′— １０８°３０′Ｅ） 位于陕西省宁陕县境内，地处秦岭南坡中部腹地。
６５１８ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
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海拔在 １４２０—２０３７ｍ，山势陡峻，平均坡度在 ３０—３５°。 林区面积 ２２．２５ｋｍ２。 地形复杂，境内主要河流为发源
于平河梁的长安河，其次为火地沟、板桥沟和水井沟等沟溪。 气候为暖温带湿润山地气候。 年平均气温为
８．０℃；年平均降水量为 １１３０ｍｍ，多集中于 ７—９ 月份，年蒸发量 ８００—９５０ｍｍ，湿润系数 １．０２２，平均相对湿度
为 ７７．１％，无霜期 １９９ｄ。 这种雨热同期且与生长季节一致的气候条件，适宜于多种林木的生长发育。 土壤类
型主要为山地棕壤、暗棕壤和山地草甸土，土层平均厚度 ５０ｃｍ 左右，成土母岩主要为花岗岩、片麻岩、变质砂
岩和片岩。
火地塘林区属山地温带落叶阔叶林区域。 研究样地现有森林是原生植被在 ２０世纪 ６０、７０年代主伐后恢
复起来的天然次生林，在自然演替和人工抚育的共同作用下，经过 ３０ 多年的恢复，林区景观格局基本上形成
以华山松林、硬阔叶林和桦木林为主的次生森林景观格局。 森林小流域处在动态的演替阶段。 森林覆盖率较
高，主要成林树种有锐齿栎（Ｑｕｅｒｃｕｓ ａｌｉｅｎａ ｖａｒ． ａｃｕｔｅｓｅｒｒａｔａ）、桦类（Ｂｅｔｕｌａ）、油松（Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ）、华山松
（Ｐｉｎｕｓ ａｒｍａｎｄｉｉ）、青扦（Ｐｉｃｅａ ｗｉｌｓｏｎｉｉ） 、巴山冷杉（Ａｂｉｅｓ ｆａｒｇｅｓｉｉ）等。
按照陕西省立地条件分类系统划分，火地塘试验林场抚育作业区立地条件属秦岭南坡山地立地亚区
（Ｃ），秦岭南坡土石山地立地类型小区（２７） ［１３］。 火地塘林区森林植被、地形地貌、土壤和气候等具有秦岭南
坡中山地带的典型特征，而该地带又是南水北调中线水源区天然林的主要分布区，因此火地塘林区具有较好
的代表性。
２　 研究方法
２．１　 样地设置与样品采集
在秦岭火地塘林区，选择立地条件基本一致的锐齿栎林，在其内设置 ５ 块固定样地，样地大小均为 ２０ｍ×
３０ｍ，分别为对照样地（ＤＺ，未间伐）和间伐强度为 ５％（Ｂ１）、１０％（Ｂ２）、１５％（Ｂ３）、２０％（Ｂ４）的样地（图 １）。
由于样地间伐采取“去劣留优、去弱留强”的措施，伐除了“霸王树”和处于相对劣势的小径级材［１４］，所以间伐
后各样地林分特征，特别是平均胸径有差异。 间伐后，各样地概况见表 １。
图 １　 研究区位置示意图
Ｆｉｇ．１　 Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ Ａｒｅａ
火地塘林区降雨量超过 ２０ｍｍ的降雨集中在 ６—９月份，因此采样时间为每年的 ６—９月份。 本研究需要
采集的水样类型为大气降雨（林外雨）和经过林冠层后形成的林内雨，以及经过枯落物层的枯透水。 大气降
７５１８　 ２４期 　 　 　 赵晓静　 等：间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应的影响 　
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雨采集点在火地塘实验站，于空旷处分别放置塑料盆进行收集，雨后及时将各点收集的雨水混匀，取 ５００ｍＬ
作为检测水样。 林内雨在各样地内采集，于标准样地内的坡面上按照上、中、下坡位分别布设 ３个聚氯乙烯塑
料桶，桶的表面覆盖纱网，以防杂物进入桶内。 雨后及时将各点收集的林内雨混合，每个样地取 ５００ｍＬ 作为
检测水样。 枯透水的采集方式同林内雨，另外，需在纱网表面铺设原状枯落物，取样时取上清液 ５００ｍＬ，置于
塑料瓶中，贴上标签，置于 ４℃的冰箱保存。 样品分析前，先用 ０．４ｍｍ的聚碳酸酯膜进行过滤。
表 １　 样地概况
Ｔａｂｌｅ １　 Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌｏｔｓ
样地
Ｐｌｏｔｓ
海拔
Ａｌｔｉｔｕｄｅ ／
ｍ
坡度
Ｓｌｏｐ
坡向
Ｓｌｏｐ
ａｓｐｅｃｔ
平均胸径
Ｍｅａｎ ＤＢＨ ／
ｃｍ
平均树高
Ｍｅａｎ ｈｅｉｇｈｔ ／
ｍ
胸高断面积
Ｂａｓａｌ ａｒｅａ ／
（ｍ２ ／ ｈｍ２）
郁闭度
Ｃａｎｏｐｙ
ｃｌｏｓｕｒｅ
林分密度
Ｓｔａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ／
（棵 ／ ｈｍ２）
ＤＺ １５９０ ２０ 半阴坡 １５．７２ １４．３６ ２５．４０ ８５％ １５０１
Ｂ１ １６４０ ３７ 阴坡 １０．９３ １０．６８ ２４．１３ ８３％ １４２３
Ｂ２ １６２０ ３２ 半阴坡 １０．７８ １０．０６ ２２．８６ ７８％ １３５１
Ｂ３ １６１７ ２５ 阴坡 １５．５７ １６．２７ ２１．５９ ７５％ １２７６
Ｂ４ １６００ ２９ 阴坡 １５．４８ １５．０８ ２０．３２ ７０％ １２００
本研究采样时间为 ２０１２、２０１３年的雨季，两年内共采集水样 １１ 次，采集大气降雨、林内雨和枯透水系列
水样共 １２８个。
２．２　 样品测试及数据处理
所有样品的测定方法均采用国颁标准［１５］。 水样测试指标包括： ｐＨ、ＳＯ２－４ 、ＮＯ
－
３、ＮＨ
＋
４、ＰＯ３
－
４ 、Ｋ
＋、Ｃａ２＋、
Ｍｇ２＋、Ｃｄ２＋、Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋的浓度。 ｐＨ用 ｐＨ Ｓ⁃９Ｖ型酸度计（杭州高新电子有限公司）测定；ＮＯ－３、ＮＨ
＋
４ 用流动分析
仪测定；ＰＯ３－４ 用钼酸铵分光光度法测定；ＳＯ２
－
４ 用全自动化学分析仪测定； Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ 用火焰发射光度计测定；
Ｃｄ、Ｐｂ用石墨炉原子吸收法测定；Ｚｎ用 ＪＹ３８Ｓ 型高频电感耦合等离子体直读光谱仪（法国克梅福公司）测定。
所有数据使用 Ｅｘｃｅｌ ２００７和 ＳＰＳＳ２２．０进行处理，取水化学指标各次检测数值的平均值做图，进行对比分析。
图 ２　 大气降雨及各样地林内雨和枯透水中 ｐＨ值
　 Ｆｉｇ．２　 Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐＨ ｉｎ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ
ｄｒａｉｎａｇｅ　
ＤＺ： 对照样地；Ｂ１： ５％间伐强度；Ｂ２： １０％间伐强度；Ｂ３： １５％间
伐强度；Ｂ４： ２０％间伐强度
３　 结果分析
３．１　 不同层次水样 ｐＨ值变化
各样地林内雨和枯透水的 ｐＨ 值在 ６．１８—６．６１ 之
间，均呈弱酸性（图 ２），但比同期监测到的大气降雨的
ｐＨ值要高出 ０．０５—０．４８，说明林冠层和枯枝落叶层对
大气降雨的 ｐＨ值均有调升作用。 其中，林冠层对大气
降雨 ｐＨ的调升作用更为明显，这一方面是由于酸性降
水对林冠层的淋溶，导致叶片组织内盐基离子与降水中
Ｈ＋发生置换作用，造成盐基离子脱洗和 ｐＨ 值上升；另
一方面叶片中淋失的弱碱离子与降水中酸性离子发生
中和反应，使酸性离子减少，ｐＨ 升高［１６］。 枯枝落叶相
对于新鲜枝叶生理活性降低，因此，对大气降雨 ｐＨ 值
的调升作用较弱，主要是枯落物中有机质分解 Ｎ 的氨
化过程会释放出 ＮＨ＋４，与降水中酸性离子发生中和反
应，使酸性离子减少，从而调升大气降水的 ｐＨ值。
间伐样地林内雨的 ｐＨ值均小于对照样地，且 ｐＨ值随着间伐强度的增加而减小，对酸性降水的 ｐＨ 值调
升作用减弱。 通过差异显著性分析发现，Ｂ１ 样地林内雨较大气降雨的差异性在 ０．０５ 水平上达到显著差异
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（Ｐ＜０．０５，Ｎ＝ ４８），而其它样地林内雨较大气降雨的差异性均不显著（Ｐ＞０．０５，Ｎ＝ ４８）。 这是由于低强度的间
伐对森林郁闭度的影响较弱，随着间伐强度的增加，形成了采伐林窗，林冠层叶面积指数下降，对酸性降水的
截留作用减弱，使得部分未经过冠层截留的雨水直接进入林内，导致林内雨 ｐＨ 值降低，但仍高于林外雨的
ｐＨ值。 当间伐强度达到 ２０％时，林内雨 ｐＨ值又出现上升趋势，这与采伐后林下喜光植被尤其是幼树和灌木
等［１４］迅速增加，形成亚冠层，对雨水出现两次拦截作用，从而调升了降水的 ｐＨ值。
枯透水的 ｐＨ值变化与林内雨基本一致，以 ５％的间伐强度下，枯透水的 ｐＨ值较大气降雨的增幅最大，达
０．６５个 ｐＨ单位，达到显著差异（Ｐ＜０．０５，Ｎ ＝ ４８）。 在间伐强度较小的情况下，枯透水的 ｐＨ 值均大于对照样
地，随着间伐强度的增加，枯透水的 ｐＨ值又出现显著下降，Ｂ３样地枯透水的 ｐＨ值显著减小，达到 ６．１８，接近
大气降雨的 ｐＨ值。 这主要是由于间伐后，林下枯落物厚度减小，其分解产生的有机酸减少，导致枯透水的
ｐＨ值较对照样地增大，随着间伐强度的增大，林内温度上升，有机质分解加快［１７］，使得 ｐＨ 值又显著减小。
Ｂ４样地随着林内雨 ｐＨ值的上升，枯透水的 ｐＨ值也出现上升趋势。
３．２　 不同层次水样中 ＳＯ２－４ 、ＮＯ
－
３、ＮＨ
＋
４、ＰＯ３
－
４ 质量浓度变化
大气降水中的 ＳＯ２－４ 和 ＮＯ
－
３ 对雨水酸化的贡献最大。 但在研究期间，火地塘大气降水中的 ＳＯ２
－
４ 质量浓度
极少，基本可以忽略。 通过林冠层后，林内雨中 ＳＯ２－４ 质量浓度急剧增加，这与梁翠萍［１８］等对秦岭锐齿栎林的
研究一致，表明降雨对林木枝叶中的 ＳＯ２－４ 具有淋溶作用。 ＤＺ 样地 ＳＯ２
－
４ 质量浓度最大，达 ４．４２２ｍｇ ／ Ｌ（图 ３），
较大气降雨显著增加（Ｐ＜０．０５，Ｎ ＝ ４８），随着间伐强度的增加，这种差异性逐渐减弱，ＳＯ２－４ 浓度逐渐减小。 在
Ｂ４样地，林内雨中 ＳＯ２－４ 质量浓度降为 １．５８３ ｍｇ ／ Ｌ，比对照样地降低了 ６４％，说明淋溶作用随着间伐强度的增
加而减弱。 大气降水中的 ＳＯ２－４ 主要来自陆源物质，由于滞留或吸附在林冠的干沉降物质被雨水冲刷淋洗使
得 ＳＯ２－４ 等阴离子在林内雨中浓度增加［１６］，间伐降低叶面积指数，使得冠层截留的干沉降物质减少，导致雨水
淋溶出的 ＳＯ２－４ 减少。 枯透水中 ＳＯ２
－
４ 的质量浓度变化趋势与林内雨基本一致，但低于林内雨的质量浓度，尤其
是 ＤＺ样地 ＳＯ２－４ 的质量浓度下降最为显著，达 ３ｍｇ ／ Ｌ，说明枯落物层对 ＳＯ２
－
４ 具有一定的吸附固定作用。 由于
对照样地林下枯落物相对厚度较大，对 ＳＯ２－４ 的吸附固定作用强，ＳＯ２
－
４ 的质量浓度降低了 ６１％；而其它间伐区，
枯透水中 ＳＯ２－４ 的质量浓度跟林内雨相比，变化不明显，降低幅度在 ０．４ｍｇ ／ Ｌ 左右，这主要是间伐使得林下枯
落物层厚度减小所致［１７］。
图 ３　 大气降雨及各样地林内雨和枯透水中 ＳＯ２－４ 和 ＰＯ３－４ 的质量浓度
Ｆｉｇ．３　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＯ４ ２－ａｎｄ ＰＯ３－４ ｉｎ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ
ＤＺ： 对照样地；Ｂ１： ５％间伐强度；Ｂ２： １０％间伐强度；Ｂ３： １５％间伐强度；Ｂ４： ２０％间伐强度
森林生态系统中，Ｐ 元素的风化输入极少，主要靠降水输入。 大气降雨中的 ＰＯ３－４ 质量浓度很低，仅为
９５１８　 ２４期 　 　 　 赵晓静　 等：间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应的影响 　
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０．０６１ ｍｇ ／ Ｌ，经过林冠层和枯枝落叶层后，雨水中 ＰＯ３－４ 质量浓度均增加，但林内雨 ＰＯ３
－
４ 质量浓度的变化很小，
考虑到人为测试误差，基本可以忽略不计。 而枯透水中 ＰＯ３－４ 质量浓度较林内雨有所增加，但增幅不显著（Ｐ＞
０．０５），仅 ０．０４—０．２ ｍｇ ／ Ｌ， Ｂ１样地降幅最显著。 考虑到 ＰＯ３－４ 主要在森林生态系统内部循环，林木在生长过
程中对 ＰＯ３－４ 的吸收利用有限［１９］，当间伐强度低于 ２０％时，对林冠层和枯落物层的扰动很小［１２］，而由此所引起
的 ＰＯ３－４ 质量浓度的变化就更小。
图 ４　 大气降雨及各样地林内雨和枯透水中 ＮＯ－３ 和 ＮＨ＋４ 的质量浓度
Ｆｉｇ．４　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯ３ －ａｎｄ ＮＨ＋４ ｉｎ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ
ＤＺ： 对照样地；Ｂ１： ５％间伐强度；Ｂ２： １０％间伐强度；Ｂ３： １５％间伐强度；Ｂ４： ２０％间伐强度
研究时段内，大气降雨中 ＮＯ－３ 质量浓度为 ０．２６４ｍｇ ／ Ｌ，经林冠层后，ＮＯ
－
３ 质量浓度增加，其变化趋势与
ＳＯ２－４ 一致，说明降雨对枝叶拦截的 ＮＯ
－
３ 具有淋溶作用。 由于 ＳＯ２
－
４ 和 ＮＯ
－
３ 的前体物 ＳＯ２和 ＮＯｘ在大气中经常一
起排放，因此二者在通常情况下都表现出较好的相关性。 本研究中 ＳＯ２－４ 和 ＮＯ
－
３ 的相关系数为 ０．６８２，相关性
较明显。 ＤＺ样地 ＮＯ－３ 质量浓度增幅最大，为 ０．５ｍｇ ／ Ｌ，Ｂ２ 样地 ＮＯ
－
３ 质量浓度增幅最小，仅为 ０．０３ｍｇ ／ Ｌ。 说
明间伐后，随着林木枝叶量的减少，淋溶作用也有所减弱，导致 ＮＯ－３ 质量浓度降低，但间伐强度达到一定的
值，反而会促进林木生长［５］，使得降雨对枝叶中 ＮＯ－３ 的淋溶量增大。 枯透水中 ＮＯ
－
３ 质量浓度明显要比林内雨
高（图 ４），增幅最高达 ０．８５ｍｇ ／ Ｌ，这主要是由于枯落物层微生物生理活动产生无机氮，这些无机氮经林内雨
的淋洗、溶解，使 ＮＯ－３ 质量浓度增加［２０］。 总体来看，Ｂ１样地的林内雨和枯透水中 ＮＯ
－
３ 质量浓度增幅最小，随
着间伐强度的增加，林内雨和枯透水中的 ＮＯ－３ 质量浓度又出现上升趋势。
大气降雨中 ＮＨ＋４ 质量浓度为 ０．４７３ ｍｇ ／ Ｌ，通过林冠层后，其浓度降低，说明锐齿栎林冠层对大气降雨中
的 ＮＨ＋４ 表现为吸附作用。 林内雨和枯透水中 ＮＨ
＋
４ 质量浓度的变化趋势与 ＮＯ
－
３ 基本一致。 同样，Ｂ１ 样地
ＮＨ＋４ 质量浓度最低。 而且枯透水中 ＮＨ
＋
４ 含量明显高于林内雨，由于枯落物在森林 ＮＨ
＋
４ ⁃Ｎ养分循环中起着十
分重要的作用，枯落物中有机质分解 Ｎ的氨化反应过程会释放出 ＮＨ＋４，导致枯透水中 ＮＨ
＋
４ 质量浓度增加。
总体来看，与对照样地相比，林内雨和枯透水中 ＮＯ－３ 和 ＮＨ
＋
４ 浓度在 ５％的间伐强度下增幅最小，这主要
是由于小强度的间伐使得立木密度减小，林冠层表现出的淋溶作用和吸收作用均减弱。 随着间伐强度的增
加，林内雨和枯透水中的 ＮＯ－３ 浓度又出现上升趋势，这与森林郁闭度降低，林内光照提高了温度，促进了硝化
反应有关［１７］。 李华对东北红松林的研究也表明森林降水中 ＮＯ－３ 和 ＮＨ
＋
４ 的浓度峰值出现在郁闭度为 ０．４—
０．６的范围内，随着郁闭度增加，二者浓度反而降低［２１］。
３．３　 不同层次水样中 Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋质量浓度变化
Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等碱性阳离子的浓度一方面影响水体的硬度；另一方面可提升水体 ｐＨ值［２２］。 林内雨
中营养元素含量明显高于大气降雨，含量最大的是 Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋，这与詹鸿振［２３］在小兴安岭原始林区的研究
０６１８ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
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一致。 Ｎａ＋为海盐离子，研究区远离海洋，因此，大气降水中 Ｎａ＋含量极低，在此不做考虑。
图 ５　 大气降雨及各样地林内雨和枯透水中 Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋的质量浓度
Ｆｉｇ．５　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｒａｉｎｗａｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ
ＤＺ 对照样地；Ｂ１ ５％间伐强度；Ｂ２ １０％间伐强度；Ｂ３ １５％间伐强度；Ｂ４ ２０％间伐强度
大气降雨中 Ｋ＋的质量浓度为 ２．５５５ｍｇ ／ Ｌ。 通过林冠层后，林内雨中 Ｋ＋的质量浓度有所增加，说明林冠层
中的 Ｋ＋被雨水淋溶析出，以 Ｂ２样地的淋溶量最大，达 １ ｍｇ ／ Ｌ，而其它样地林内雨中 Ｋ＋浓度基本接近大气降
雨。 大气降雨中 Ｃａ２＋质量浓度较低，为 １．２８９ ｍｇ ／ Ｌ，经过林冠层的淋溶作用，林内雨中 Ｃａ２＋质量浓度急剧增
加，其变化趋势与 Ｋ＋基本一致，呈先增加后减少的趋势（图 ５）。 与对照样地 ＤＺ相比，Ｋ＋和 Ｃａ２＋的浓度增幅在
Ｂ２样地达到最大，分别增加了 ３４．７％和 ８９．９％，之后，随着间伐强度的增加，二者的浓度又急剧下降，Ｂ４ 样地
林内雨中 Ｋ＋、Ｃａ２＋的质量浓度接近 ＤＺ样地的浓度值。 Ｂｕｒｎｓ等的研究表明，影响 Ｋ 和 Ｃａ 浓度大幅升高的主
要因素来源于大气降雨对林冠层和枯落物层的淋洗作用［２４］，因此，当间伐强度增加到一定的值，减小了叶面
积指数，使降雨对林冠层 Ｋ＋、Ｃａ２＋的淋洗量减少。
Ｍｇ是一种难于溶解和淋溶的元素，因此大气降雨中的 Ｍｇ２＋含量极少［２５］，相应的，林内雨中 Ｍｇ２＋的质量
浓度也较低。 随着间伐强度的增加，林内雨中的 Ｍｇ２＋质量浓度先出现小幅增加，Ｂ３ 样地的浓度达到最大值，
几乎是 ＤＺ样地浓度的 ３倍，但 Ｂ４样地 Ｍｇ２＋质量浓度又下降至接近 ＤＺ样地的浓度水平，这可能跟 Ｃａ２＋的浓
度升高有关，通过对 Ｃａ２＋与 Ｍｇ２＋进行相关性分析发现，二者呈显著负相关，相关系数为－０．７１０，主要是因为雨
水中的钙盐会抑制枝叶对其它营养元素的淋溶反应［２６］。
Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋这 ３种离子在枯透水中的质量浓度均高于林内雨，主要是在形成枯透水的过程中，枯枝落
叶经过微生物分解，其中的 Ｋ、Ｃａ和 Ｍｇ再次被雨水淋洗出来的缘故［１９］。 Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋的质量浓度变化趋势与林
内雨完全一致。 Ｋ＋质量浓度基本呈先增后减的趋势，其浓度峰值出现在 Ｂ３ 样地。 说明间伐强度达到一定的
值反而会促进雨水对枯枝落叶中 Ｋ的淋溶。
３．４　 不同层次水样中重金属离子 Ｚｎ２＋、Ｐｂ２＋、Ｃｄ２＋质量浓度变化
秦岭地区铅锌矿资源丰富，而且在自然环境中，Ｃｄ常与 Ｚｎ、Ｚｎ⁃Ｐｂ矿相伴，尤其是秦岭陕西段铅锌矿场比
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较集中，在采矿过程中产生含有 Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ 等的粉尘［２７］，这些粉尘随大气运动远距离传输，最后通过干湿沉
降的方式进入森林生态系统，对森林水质产生影响。 Ｐｂ 和 Ｃｄ 是公认的有毒重金属元素，对森林植物的危害
较大。
大气降雨中 Ｐｂ２＋的质量浓度为 １．１３２μｇ ／ Ｌ，经过林冠层截留，各间伐样地林内雨中 Ｐｂ２＋的质量浓度差异
较大 （图 ６），其中 Ｂ２和 ＤＺ样地 Ｐｂ２＋浓度基本接近大气降雨的值，Ｂ１和 Ｂ４样地 Ｐｂ２＋质量浓度明显低于大气
降雨的值，较大气降雨降低了 ３８．７％，Ｂ４样地降幅最显著（Ｐ＜０．０５，Ｎ ＝ ４８）。 说明间伐强度为 ２０％的样地，森
林枝叶对 Ｐｂ２＋以吸收累积作用为主，因此，林内雨中 Ｐｂ２＋浓度低于大气降雨。 而 Ｂ３ 样地，Ｐｂ２＋浓度较大气降
雨增加了 ０．１２７μｇ ／ Ｌ，表明，林冠层中的 Ｐｂ被雨水淋溶析出，导致林内雨中 Ｐｂ２＋浓度增加。 枯透水中 Ｐｂ２＋浓
度变化趋势与林内雨一致，但浓度值要明显高于林内雨，主要是枯枝落叶中的 Ｐｂ２＋被进一步淋溶进入水
体［２８］，尤其是 Ｂ３样地 Ｐｂ２＋浓度增幅非常显著，较林内雨增大了近 ３ 倍，可能是由于 Ｂ３ 样地林下地被层所受
的扰动较大，雨水对枯枝落叶中的 Ｐｂ淋溶作用较强。
大气降雨中 Ｐｂ２＋的质量浓度为 １．１３２μｇ ／ Ｌ，经过林冠层截留，各间伐样地林内雨中 Ｐｂ２＋的质量浓度差异
较大 （图 ６），其中 Ｂ２和 ＤＺ样地 Ｐｂ２＋浓度基本接近大气降雨的值，Ｂ１和 Ｂ４样地 Ｐｂ２＋质量浓度明显低于大气
降雨的值，较大气降雨降低了 ３８．７％，Ｂ４样地降幅最显著（Ｐ＜０．０５，Ｎ ＝ ４８）。 说明间伐强度为 ２０％的样地，森
林枝叶对 Ｐｂ２＋以吸收累积作用为主，因此，林内雨中 Ｐｂ２＋浓度低于大气降雨。 而 Ｂ３ 样地，Ｐｂ２＋浓度较大气降
雨增加了 ０．１２７μｇ ／ Ｌ，表明，林冠层中的 Ｐｂ２＋被雨水淋溶析出，导致林内雨中 Ｐｂ２＋浓度增加。 枯透水中 Ｐｂ２＋浓
度变化趋势与林内雨一致，但浓度值要明显高于林内雨，主要是枯枝落叶中的 Ｐｂ２＋被进一步淋溶进入水
体［２８］，尤其是 Ｂ３样地 Ｐｂ２＋浓度增幅非常显著，较林内雨增大了近 ３ 倍，可能是由于 Ｂ３ 样地林下地被层所受
的扰动较大，雨水对枯枝落叶中的 Ｐｂ２＋淋溶作用较强。
图 ６　 大气降雨及各样地林内雨和枯透水中 Ｐｂ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｄ２＋的质量浓度
Ｆｉｇ．６　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｂ２＋， Ｚｎ２＋， Ｃｄ２＋ ｉｎ ｔｈｒｏｕｇｈｆａｌｌ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ
ＤＺ： 对照样地；Ｂ１： ５％间伐强度；Ｂ２： １０％间伐强度；Ｂ３： １５％间伐强度；Ｂ４： ２０％间伐强度
Ｚｎ２＋质量浓度变化趋势与 Ｐｂ２＋基本一致。 大气降雨中 Ｚｎ２＋质量浓度为 ９．２１４μｇ ／ Ｌ，林内雨中 ＤＺ和 Ｂ３ 样
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地的 Ｚｎ２＋质量浓度略高于大气降雨的值，Ｂ３ 样地的增幅更为显著，增大了 １．０６ 倍。 说明在不间伐或间伐强
度为 １５％时，大气降雨对林冠层的 Ｚｎ表现为淋溶作用；而 Ｂ１、Ｂ２ 和 Ｂ４ 样地 Ｚｎ２＋质量浓度明显低于大气降
雨，表明在这 ３种间伐强度下，林冠层对大气降雨输入的 Ｚｎ２＋表现为吸附截留。 枯透水中的 Ｚｎ２＋质量浓度除
Ｂ３样地外，均高于林内雨的值，主要是由于枯枝落叶中的 Ｚｎ２＋被雨水淋溶向水中迁移，导致枯透水 Ｚｎ２＋质量
浓度升高，尤其是 ＤＺ样地，增幅高达 １４．２５μｇ ／ Ｌ。 随着间伐强度的增大，枯透水中 Ｚｎ２＋质量浓度基本上呈线
性下降，Ｂ３样地 Ｚｎ２＋质量浓度又出现回升，这可能跟 Ｂ３ 样地林内雨中 Ｚｎ２＋质量浓度过高有关。 总体上，Ｂ４
样地林内雨和枯透水中 Ｚｎ２＋质量浓度最低，差异显著性水平达到 ０．０３８，主要是由于间伐强度大于 ２０％，会促
进森林亚冠层枝叶的生长［２９］，林冠层和亚冠层对 Ｚｎ２＋的双重截留，使得雨水中的 Ｚｎ２＋质量浓度趋于降低。
大气降雨所携带的 Ｃｄ２＋质量浓度较低，仅为 ０．１９６μｇ ／ Ｌ，经过林冠层的截留作用，林内雨中 Ｃｄ２＋质量浓度
进一步降低，对比各样地，随着间伐强度的增加，Ｃｄ２＋质量浓度出现小幅度的上下波动，以 Ｂ４ 样地的降幅最
大，降低了 ０．０４４μｇ ／ Ｌ，说明当间伐强度大于 １５％，林冠层对 Ｃｄ２＋的吸附能力会逐渐变大。 枯透水中 Ｃｄ２＋的质
量浓度随着林内雨的浓度变化而变化，当间伐强度大于 １０％，枯透水中 Ｃｄ２＋的质量浓度明显低于林内雨的
值，说明随着间伐强度的增加，枯落物层对 Ｃｄ２＋有较强的截留过滤作用，刘煊章［３０］等的研究也表明林下地被
物层几乎能全部截留穿透水所携带的 Ｃｄ２＋。
４　 结论
森林抚育间伐通过改变森林结构，间接影响森林水化学过程，本文通过对比分析 ０—２０％间伐强度下，锐
齿栎林冠层和枯落物层的水化学效应，得出了一些初步结论：
（１）锐齿栎林不同层次对酸性大气降雨的 ｐＨ值均有不同程度的调升作用，这种作用随着间伐强度的增
加而减弱，综合考虑林冠层和枯枝落叶层对降低雨水酸度的贡献，以 ５％的间伐强度对 ｐＨ 值的调升作用较
显著。
（２）秦岭火地塘林区受周边硫酸型污染物沉降的影响较大［３１］，雨水中 ＳＯ２－４ 和 ＮＯ
－
３ 质量浓度对酸性降雨
的贡献最大。 间伐样地，林内雨和枯透水中 ＳＯ２－４ 质量浓度随着间伐强度增加而降低，均低于对照样地，说明
间伐有利于森林对酸性降雨中 ＳＯ２－４ 的净化。 Ｎ 和 Ｐ 含量超标是水体富营养化的主要诱因［３２］，ＮＯ
－
３、ＮＨ
＋
４ 和
ＰＯ３－４ 这 ３种离子在 Ｂ１样地内质量浓度最低，说明 ５％的间伐强度下，林内雨和枯透水中 Ｎ 和 Ｐ 的含量均较
低，对缓解研究区流域下游水体的富营养化威胁无疑是非常有利的。
（３）锐齿栎林冠层对 Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋均表现出淋溶作用，１０％间伐强度样地内的质量浓度值最高。 表明在
１０％的间伐强度下，大气降雨对林冠层和枯落物层中这 ３ 种盐基离子的淋溶作用最强，能给林地带来较多的
营养元素。
（４）与对照样地相比，间伐后林内雨和枯透水中 Ｚｎ２＋、Ｐｂ２＋、Ｃｄ２＋三种离子的质量浓度均有所下降。 其中，
５％和 ２０％间伐强度样地的林冠层和枯落物层对大气降雨中 Ｐｂ２＋的截留净化作用较强，而 Ｚｎ２＋和 Ｃｄ２＋在 ２０％
的间伐强度下的质量浓度最小。 总体上来说，２０％的间伐强度，最有利于森林对重金属的截留固定。
由于缺乏长期的定位观测，本研究仅仅针对间伐后短期内的数据进行分析，加之样地布设及采样频率目
前尚无统一标准，这使得研究结果差异性较大，因此本文对秦岭锐齿栎林间伐与水化学效应的研究只是初步
探讨，对于揭示森林间伐与水化学效应的深层机理和规律尚显不足，还需要在以后做系统研究，进一步揭示森
林间伐对森林水化学效应的影响机理。
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３６１８　 ２４期 　 　 　 赵晓静　 等：间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应的影响 　
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４６１８ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷